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1、环境污染物的生物净化方法,本章将介绍以下内容：,废水的好氧生物处理 废水的厌氧生物处理 特定微生物处理及组合工艺 废水的微生物脱氮除磷 固体废弃物的微生物处理 大气污染物的微生物处理,废水的好氧生物处理,好氧生物处理 (Aerobic biological treatment) 在有氧条件下，有机污染物作为好氧微生物的营养基质而被氧化分解，使污染物的浓度下降。 不同的有机污染物，在处理系统中好氧微生物的优势种群组成和数量相应地发生变化 是废水生物处理中应用最为广泛的方法之一 活性污泥法和生物膜法,活性污泥法 (Activated sludge process),1882年前后，人们曾进行了向污
2、水中鼓入空气的实验，探讨通入空气后对水质的改善情况； 1912年美国的Lawlence研究所开始进行活性污泥实验； 1914年，英国的曼彻斯特Arden 和 Lockett 发表了无需滤池的污水氧化试验， 标志着活性污泥法诞生； 1917年在英国的曼彻斯特和美国的休斯顿分别建造了活性污泥法污水处理厂，并开始投入运行； 1942年由Gould提出了阶段曝气法，1944年Setter提出了改进型曝气法； 1945年Krauss为了控制污泥膨胀提出了Krauss法； 1951年Ulrich等又提出了吸附再生法。 此后，高负荷活性污泥法、延时曝气法、氧化构等方法相继问世并得到发展。,活性污泥法的发展历
3、史,活性污泥法的基本原理,BOD,活性污泥法的基本流程,向生活污水注入空气进行曝气，并持续一段时间以后，污水中即生成一种絮凝体。这种絮凝体主要是由大量繁殖的好气性微生物（细菌、真菌、原生动物和后生动物）及其代谢和吸附的有机物、无机物组成所构成，它有巨大的表面积和很强的吸附性能，称为活性污泥。,活性污泥的净化反应过程,活性污泥系统对有机底物的降解是通过几个阶段和一系列作用完成的。 包括以下阶段： 絮凝和吸附阶段 活性污泥中微生物的代谢和增殖 活性污泥的凝聚、沉淀和浓缩,显微镜下的活性污泥,活性污泥中的微生物,形成活性污泥絮状体的细菌菌胶团细菌 菌胶团：指所有具有荚膜或粘液或明胶质的絮凝性细菌互相
4、絮凝聚集形成的菌胶团块。通常指动胶菌属（Zoogloea),Pseudomonas sp. (假单胞菌）,Nitrobacter sp. (硝化杆菌属 ）,菌胶团细菌是活性污泥的主体,具有很强的吸附、氧化分解有机物的能力 菌胶团的形成可使细菌避免被微型动物所吞噬，并且与污泥的沉降性能和二沉池能否有效泥水分离密切相关 为原生动物、微型后生动物提供了良好的生存环境、附着场所。,丝状细菌 它的作用有两方面： 一方面：是活性污泥的重要组分，交叉穿织与菌胶团内，或附着生长于絮状体表面，具有强氧化分解有机物能力，起到一定的净化作用。 另一方面：当丝状菌的数量超过菌胶团细菌时，可使絮状体沉降性能下降，严重时
5、可引发污泥膨胀（bulking）现象。,污泥膨胀（sludge bulking）,菌胶团细菌和丝状菌竞争的结果 丝状菌占优势 废水浓度过高或过低时，有利于丝状菌的生长,（丝状细菌）,活性污泥中的微生物,原生动物及微型后生动物 净化作用：腐生性营养的原生动物可吸收溶解性有机物，动物性营养的原生动物可吞食有机颗粒、游离细菌及其它微小生物 促进絮凝和沉淀作用 指示作用：可作为处理系统运转管理的指标,原生动物门（Protozoa） 原生动物是最原始和最低等的动物类群。它们多数是单细胞生物，极少数是由几个或多个细胞构成群体。原生动物的细胞是真核细胞，具有细胞的结构特征，如细胞膜、细胞质、细胞核及其他细胞
6、器。原生动物的细胞又是一个完整的生命体，具有多细胞生物表现出的生命功能，如从环境种吸取营养、呼吸、排泄、生殖，能够对外界的刺激产生反应等。这些功能是细胞或由细胞特化而成的细胞器来完成的。,变形虫（Amoeba),变形虫尾末端 （伪足）,年轻的污泥中含有较多的变形虫,鞭毛虫（flagellates ),年轻的污泥中含有较多的鞭毛虫,Vorticella（钟虫）,Ciliates （纤毛虫）,草履虫（Paramecium ）,轮虫（rotifers),较老的污泥中含有较多的轮虫 过量出现为污泥要膨胀的预兆,较老的污泥中线虫（nematodes）增加,线虫（nematodes）,微生物与污泥龄,年轻
7、的污泥中含有较多的变形虫（阿米巴，amoeba，也作ameba）和鞭毛虫（flagellates） 成熟的污泥是污水厂最想要的，往往同时含有有柄的纤毛虫(柄纤毛虫, stalked ciliates)和自由游动的纤毛虫(free swimming ciliates)。并且同时看到一些轮虫（rotifers）。 较老的污泥中轮虫和线虫（nematodes）增加，有柄（茎）的纤毛虫(stalked ciliates)减少。,活性污泥净化反应的影响因素,溶解氧（DO） 曝气池出口处的混合液的DO浓度保持在2mg/L左右，可使活性污泥保持良好的净化功能。 水温 活性污泥微生物的最适温度范围：1530。
8、 营养物质 微生物对氮和磷的需要量可按BOD：N：P100：5：1来考虑。,pH 活性污泥微生物的最适pH范围：6.58.5。 有毒和有抑制物质 如重金属、氰化物、硫化氢、酚、醇、醛、染料等 有机负荷率F/M（BOD污泥负荷） 曝气池内单位质量活性污泥在单位时间内承受的有机质含量,单位kgBOD5/(kgMLVSS.d),污泥龄是指活性污泥在整个系统内的平均停留时间，一般用SRT表示也是指微生物在活性污泥系统内的停留时间。 控制污泥龄是选择活性污泥系统中微生物种类的一种方法。 4 10 天,SRT (Solid retention time) 污泥龄,活性污泥的工作参数,混合液悬浮固体（MLS
9、S - mixed liquid suspended solid） 1L曝气池混合液中所含悬浮固体的重量，单位g/L。 一般城市污水处理中，MLSS在2000-3000mg/L，工业废水在3000 mg/L左右，高浓度工业废水在3000-5000 mg/L。 混合液挥发性悬浮固体（MLVSS - mixed liquid volatile suspended solids） 1L曝气池混合液中所含挥发性悬浮固体的重量，单位g/L。 污泥沉降比（SV - settling vatio） 一定量的混合液静置30分钟后，沉降的污泥体积与原混合液体积之比，以百分数来表示。,污泥容积系数（SVI） 曝气
10、池混合液静置30分钟后，沉降的污泥体积与污泥干重之比。 它反映了活性污泥的凝聚性和沉降性，一般控制在50150之间，若大于200，则表明发生了污泥膨胀。 污泥负荷（Ls） 单位时间内，单位重量的活性污泥能处理的有机物的数量，用kg（BOD）/kg(MLSS)d表示。又称有机负荷率，F/M值。,活性污泥法的基本特征,利用生物絮状体为生化反应的主体物 利用曝气设备向生化反应系统分散空气或氧气，为微生物提供氧源 对体系进行混合搅拌以增加接触和加速生化反应传质过程 采样沉淀方式去除有机物，降低出水中的微生物的固体含量 通过回流使沉淀池浓缩的微生物絮凝体返回到反应系统 为保证系统内生物细胞平均停留的时间
11、的稳定，经常排出一部分生物固体。,活性污泥法的主要运行方式（1）,按废水和回流污泥的进入方式及其在曝气池中的混合方式 推流式和完全混合式。 推流式 （plug-flow system) 推流式活性污泥曝气池有若干个狭长的流槽，废水从一端进入，另一端流出。 随水流的过程，底物降解，微生物增长；从池首端到尾端，混合液内影响活性污泥净化功能的各种因素，如F/M值、微生物的组成和数量、基质的组成和数量等都在连续地变化，有机物降解速率、耗氧速率也连续变化。,推流式曝气池图,可能存在的问题,曝气池首端呈厌氧状态 含有毒物质,活性污泥法的主要运行方式（2）,完全混合式 （Complete-mix) 废水进入
12、曝气池后在搅拌下立即与池内活性污泥混合液混合，从而使进水得到良好的稀释，污泥与废水得到充分混合，可以最大限度地承受废水水质变化的冲击。 特点：能够承受高浓度废水，对冲击负荷有一定的适应能力；需氧全池要求相同，能够节省动力；可使曝气池与沉淀池合建，无需单独设置污泥回流系统，易于运行管理。 主要的反应器: 连续搅拌罐反应器（CSTR),完全混合式活性污泥法,几种活性污泥法的工艺流程,推流式活性污泥法 完全混合式活性污泥法 短时曝气法（渐减曝气法） 阶段曝气法（多点进水法） 生物吸附法（AB法） 序批式间歇反应器（SBR法） 氧化沟法（Oxidation Ditch） 深水曝气活性污泥法,阶段曝气法
13、（多点/分布进水法step-aeration activated sludge）,生物吸附法（AB）工艺流程 (Contact-stabilization),SBR (Series/Sequencing batch reactor)法,（运行中的SBR池）,图66 氧化沟,深水曝气活性污泥法,生物膜法,生物膜法,什么是生物膜法？ 利用微生物在固体表面的附着生长对废水进行生物处理的技术方法。 生物膜法的特征 通过废水与生物膜的相对运动，使废水与生物膜接触，进行固液两相的物质交换，并在膜内进行有机物的生物氧化和降解，使废水得到净化，同时，生物膜内微生物不断得以生长和繁殖。,好氧生物膜中的微生物及其
14、功能 生物膜生物：以菌胶团为主；净化和降解作用； 膜面生物：固着型纤毛虫和游泳型纤毛虫，起促进滤池净化 速度，提高整体效率的作用； 滤池扫除生物：轮虫、线虫、寡毛类的沙蚕、票页体虫等， 起去除滤池内的污泥、防止污泥积聚和堵塞的功能。,生物膜的净化原理,生物膜去除有机物示意图,好氧生物膜的结构 好氧生物膜在滤池内分布不同于活性污泥，生物膜附着在滤料上不动，废水自上而下淋洒在生物膜上。因此，在滤池的不同高度位置，由于微生物得到的营养不同，造成微生物种类和数量的不同。,生物填料,悬浮型生物填料,投加量 普通接触氧化 水解调节池 好氧或厌氧流化床 好氧 好氧 或厌生物塘 或厌氧滤池 反应池体积% 8-
15、13 5 15-25 3-5 40-60,悬挂型填料 弹性立体填料,软性填料,生物填料上的生物膜,（二）好氧生物膜净化废水的作用机理,在生物滤池中，上层生物膜中的生物膜生物（絮凝性细菌及其他微生物）和生物膜面生物（固着型纤毛虫、游泳型纤毛虫及微型后生动物）吸附废水中的大分子有机物，将其水解为小分子有机物。同时吸收溶解性有机物和经水解的小分子有机物进入体内，并氧化分解之，微生物利用吸收的营养构建自身细胞。上一层生物膜的代谢产物流向下一层，被下一层的生物膜生物吸收氧化。分解为二氧化碳和水。老化的生物膜和游离细菌被滤池扫除生物吞食。,生物膜法的特点（与活性污泥法相比较）,微生物多样性高 生物膜各段的
16、微生物类群不同 生物膜中的食物链较长 具有较高的脱氮能力 单位处理能力大 系统维护方便 操作运行方便,固定床生物处理的主要类型,普通生物滤池 塔式生物滤池 生物转盘滤池 生物接触氧化滤池,生物转盘,普通生物滤池,流化床生物处理技术,什么是流化床生物处理技术？ 使废水通过运动态并附着生长有生物膜的颗粒床，废水中的基质在床内同均匀分散的生物膜相接触而获得降解去除，故在流化床中既有生物膜，又有活性污泥。 根据反应器中的微生物的营养形式，可分为好氧流化床和厌氧流化床,流化床中生物膜中的指示生物 滤膜生物 中间滤膜生物 非滤膜生物 滤膜清扫生物,废水的厌氧生物处理,什么是厌氧生物处理（Anaerobic Process）？ 在厌氧条件下，利用厌氧微生物分解废水中的有机物并产生甲烷、二氧化碳的过程，又称厌氧发酵。 与好氧生物处理的区别：不以分子氧为受氢体（最终电子受体），以无机物、化合态盐、碳、硫、氮为受氢体
